JP2015224420A - せん断パネル - Google Patents

Abstract

【課題】スリップ性状を抑制した履歴性状及び安定したエネルギー吸収性能を実現すると同時に、大変形時の耐力上昇抑制という課題を克服したせん断パネルを提供する。【解決手段】支持部材５に取り付けられてせん断力Ｔが作用するせん断パネル１に関する。面外方向Ｙに突出して設けられる一又は複数の山部２と、山部２に隣り合って設けられる谷部３とを備える。山部２は、面外方向Ｙの外側に配置される上フランジ２１と、上フランジ２１から稜線部２２を形成して面外方向Ｙの内側に延びるウェブ２３とを有する。谷部３は、ウェブ２３から境界部３１を形成して面内方向Ｘで前記上フランジの反対側に延びる下フランジ３２を有する。ウェブ２３の少なくとも一部は、稜線部２２から下フランジ３２に向けて延びる垂線Ｐよりも、面内方向Ｘで前記上フランジの中央側に配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、支持部材に取り付けられてせん断力が作用するせん断パネルに関する。

従来より、山部と谷部とが隣り合って屈曲形成された折板を枠材に接合させるものとして、特許文献１〜３に開示される折板パネル構造が提案されている。

特許文献１に開示された折板パネル構造は、折板が谷部を介して枠材に接合されて、折板に面内せん断力が負荷された場合に、断面が略長方形状に形成された山部を山部軸方向と略直交方向に歪ませることによって、面内せん断力に対してエネルギー吸収させるものである。

特許文献２に開示された折板パネル構造は、地震力が作用したときに折板のねじ回りが支圧変形するように構成されているので、折板と枠材とのねじ接合部の局所崩壊によりエネルギーが吸収されて、折板の座屈や枠材の変形等によって急激に耐力低下することを回避することができるものである。

特許文献３に開示された折板パネル構造は、水平力で層間変形を発生する柱梁架構、又は柱スラブ架構の面内に、折り筋が水平方向となるように配置された波形鋼板が組み入れられて、波形鋼板全体をせん断降伏させることでエネルギー吸収を志向するものである。

特開２０１０−０９０６５０号公報 特開２００９−２０９５８２号公報 特開２００５−２６４７１３号公報

ここで、特許文献１に開示された折板パネル構造は、折板の山部断面が倒れ込むように歪む幾何学的変形によってエネルギー吸収させるものである。特許文献１に開示された折板パネル構造は、折板の山部断面の幾何学的変形によって、折板の折曲げ部（稜線部）を積極的に塑性化させて、板厚の薄い鋼板を用いた場合であっても、荷重変形関係において負荷荷重が小さい領域で変形のみが進展するスリップ性状を抑制した履歴性状及び安定したエネルギー吸収性能を実現することが可能となっている。

しかし、特許文献１に開示された折板パネル構造は、折板の山部断面の幾何学的変形が増大するにしたがって、稜線部周辺の加工硬化、山部端部での局所的な張力の発生、及びフランジ面の面外変形による斜張力場の形成が促進されて、折板全体が必要以上に耐力上昇するものとなる。このため、特許文献１に開示された折板パネル構造は、折板全体が必要以上に耐力上昇することで、折板が接合される枠材の耐力、剛性を向上させることが必要となるため、枠材の構造設計が複雑化するとともに、枠材重量が増加するおそれがあるという問題点があった。

また、特許文献２に開示された折板パネル構造は、折板と枠材とのねじ接合部の局所崩壊によりエネルギー吸収性能を確保するものであるが、折板が繰返し力を受けることでねじ接合部の局所破壊部分に滑り挙動が発生して、スリップ性状を発現した履歴性状を示すことになるという問題点があった。特許文献３に開示された折板パネル構造は、波形鋼板全体がせん断降伏した後の板要素の剛性低下に起因して、波形鋼板全体の塑性座屈が誘起される傾向にあることから、板厚の大きい鋼板を用いて塑性座屈を防止することが必要となるため、波形鋼板の薄肉軽量化を図ることが困難になるという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、スリップ性状を抑制した履歴性状及び安定したエネルギー吸収性能を実現すると同時に、大変形時の耐力上昇抑制という課題を克服したせん断パネルを提供することにある。

第１発明に係るせん断パネルは、支持部材に取り付けられてせん断力が作用するせん断パネルであって、面外方向に突出して設けられる一又は複数の山部と、前記山部に隣り合って設けられる谷部とを備え、前記山部は、面外方向の外側に配置される上フランジと、前記上フランジから稜線部を形成して面外方向の内側に延びるウェブとを有し、前記谷部は、前記ウェブから境界部を形成して面内方向で前記上フランジの反対側に延びる下フランジを有し、前記ウェブの少なくとも一部は、前記稜線部から前記下フランジに向けて延びる垂線よりも、面内方向で前記上フランジの中央側に配置されることを特徴とする。

第２発明に係るせん断パネルは、第１発明において、前記ウェブの少なくとも一部は、前記稜線部と前記境界部とを面外方向に離間させた距離の略半分となる位置における略中央部より面外方向の内側で、前記稜線部から前記下フランジに向けて延びる垂線よりも、面内方向で前記上フランジの中央側に配置されることを特徴とする。

第３発明に係るせん断パネルは、第１発明又は第２発明において、前記境界部は、前記稜線部から前記下フランジに向けて延びる垂線よりも、面内方向で前記上フランジの中央側に配置されることを特徴とする。

第４発明に係るせん断パネルは、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記上フランジは、前記上フランジの強度が、下記（１）式により規定される関係を満足することを特徴とする。

ここで、τｙ：前記上フランジがせん断降伏するときの強度、τｅ：前記上フランジが弾性せん断座屈するときの強度とする。

第５発明に係るせん断パネルは、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記山部は、前記稜線部から略直線状に形成される前記上フランジと、前記稜線部から前記境界部まで略直線状に傾斜して形成される前記ウェブとによって、断面略逆台形状となるように形成されることを特徴とする。

第６発明に係るせん断パネルは、第１発明〜第５発明の何れかにおいて、前記ウェブ及び前記下フランジは、前記ウェブと前記下フランジとによって形成される内角の角度が、前記境界部で５０°以上、８５°以下となるものであることを特徴とする。

第１発明〜第６発明によれば、左右方向に倒れ込むように歪む幾何学的変形を山部に引き起こして、稜線部周辺を塑性化させることによって、支持部材から作用する面内方向のせん断力に対してエネルギー吸収させることが可能となる。第１発明〜第６発明によれば、山部に幾何学的変形を引き起こして、稜線部周辺を積極的に塑性化させることによって、板厚の薄い鋼板が用いられた場合であっても、スリップ性状を抑制した履歴性状及び安定したエネルギー吸収性能を実現することが可能となる。

第１発明〜第６発明によれば、稜線部周辺の塑性化に伴って生じる加工硬化が促進された場合であっても、山部の幾何学的変形を増大させることができることから、全体として山部の耐力上昇が抑制されて、せん断パネルが全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。第１発明〜第６発明によれば、山部の幾何学的変形を増大させた場合であっても、下フランジから支持部材に作用する張力を低下させて、見かけ上の山部の耐力上昇が抑制されるため、せん断パネルが全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。

第１発明〜第６発明によれば、せん断パネルが必要以上に耐力上昇することを回避して、下フランジが接合される支持部材の耐力、剛性を向上させることを必要としないものとすることができる。これにより、第１発明〜第６発明によれば、スリップ性状を抑制した履歴性状及び安定したエネルギー吸収性能を実現すると同時に、大変形時の耐力上昇抑制という課題を克服して、支持部材の構造設計を単純化させるとともに、せん断パネルや支持部材の板厚増加や重量増加を抑制することが可能となる。

特に、第２発明及び第３発明によれば、山部の幾何学的変形を増大させた場合であっても、斜張力を打ち消す方向に引延力が作用することで、山部端部での局所的な張力の発生、上フランジの斜張力場の形成、進展を遅延させることができる。これにより、第２発明及び第３発明によれば、山部端部での局所的な張力の発生、上フランジの斜張力場の形成、進展を遅延させて、見かけ上の山部の耐力上昇が抑制されるため、せん断パネルが全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。

特に、第４発明によれば、上フランジの強度が、上記（１）式により規定される関係を満足するように、上フランジの幅厚比等の形状が設定されるため、山部端部での局所的な張力の発生、斜張力による上フランジの斜張力場の形成、進展を遅延させた状態を実現して、見かけ上の山部の耐力上昇を効果的に抑制させることができるものとなり、せん断パネルが全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。

特に、第５発明によれば、断面略逆台形状となるように山部が形成されることで、山部の断面形状を単純なものとして、鋼板等を屈曲変形させるときの加工を容易にすることができる。これにより、第５発明によれば、鋼板等を屈曲変形させるときの加工を容易にして、せん断パネルの製造、加工コストを低減させることが可能となる。

特に、第６発明によれば、ウェブと下フランジとによって形成される内角の角度θを、境界部で５０°以上として、変形初期の剛性及び耐力を確保するとともに、上フランジの斜張力の要因となる皺状の面外変形を引き伸ばす方向の引延力が過剰に作用して不安定な崩壊挙動に遷移することを回避することができる。これにより、第６発明によれば、せん断パネルの変形初期における構造性能と、大変形時における耐力劣化及び耐力上昇の抑制とを両立させることが可能となる。

本発明を適用したせん断パネルが支持部材に取り付けられた状態を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用したせん断パネルが支持枠材に取り付けられた状態を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用したせん断パネルが支持板材に取り付けられた状態を示す正面図であり、（ｃ）は、本発明を適用したせん断パネルが支持板材に取り付けられて、支持板材に連結材が取り付けられた状態を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したせん断パネルの変形前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、本発明を適用したせん断パネルの変形後の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。 本発明を適用したせん断パネルが支持部材に取り付けられた状態を示す断面図である。 本発明を適用したせん断パネルの上フランジが屈曲又は湾曲した状態を示す断面図である。 本発明を適用したせん断パネルのウェブが屈曲又は湾曲した状態を示す断面図である。 本発明を適用したせん断パネルのウェブが屈曲又は湾曲した状態の変形例を示す断面図である。 本発明を適用したせん断パネルの上フランジ及びウェブが屈曲又は湾曲した状態を示す断面図である。 （ａ）は、本発明を適用したせん断パネルの変形前の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、その変形後の状態を示す断面図である。 （ａ）は、従来の折板パネルの変形前の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、その変形後の状態を示す断面図である。 本発明を適用したせん断パネル及び従来の折板パネルの変位と耐力との関係を示すグラフである。 （ａ）は、本発明を適用したせん断パネルに作用する引張力を示す断面図であり、（ｂ）は、従来の折板パネルに作用する引張力を示す断面図である。 （ａ）は、本発明を適用したせん断パネルに作用する斜張力を示す斜視図であり、（ｂ）は、従来の折板パネルに作用する斜張力を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用したせん断パネルの寸法を示す正面図であり、（ｂ）は、その断面図である。 本発明を適用したせん断パネル及び従来の折板パネルにおける一般化幅厚比と荷重変形関係を示すグラフである。 本発明を適用したせん断パネルの単位体積あたりの耐力上昇抑制効果と角度θとの関係を示すグラフである。 本発明を適用したせん断パネルにおける耐力上昇抑制効果と一般化幅厚比との関係を示すグラフである。

以下、本発明を適用したせん断パネル１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したせん断パネル１は、住宅等の建築物や構造物等の壁材、屋根材又は床材等に適用されるものであって、図１に示すように、支持部材５に取り付けられるものである。

支持部材５は、図２に示すように、支持枠材５１及び支持板材５２の何れか一方又は両方を有する。支持部材５は、支持枠材５１に断面略溝形等の薄板軽量形鋼等が用いられるとともに、支持板材５２に略平板状の鋼板等が用いられるものである。支持部材５は、これに限らず、支持枠材５１及び支持板材５２に、如何なる形状、材質のものが用いられてもよい。

支持枠材５１は、図２（ａ）に示すように、面内方向Ｘで略矩形状に組み合わされて、上辺部５１ａ、下辺部５１ｂ、左辺部５１ｃ及び右辺部５１ｄが形成される。支持板材５２は、図２（ｂ）に示すように、支持枠材５１の左辺部５１ｃ及び右辺部５１ｄ等に取り付けられて、支持枠材５１の左辺部５１ｃ及び右辺部５１ｄ等から面内方向Ｘに延びて設けられる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図２（ａ）に示すように、上端部１ａ、下端部１ｂ、左端部１ｃ及び右端部１ｄが形成されて、面内方向Ｘで略矩形状に形成される。本発明を適用したせん断パネル１は、上端部１ａ及び下端部１ｂ、並びに左端部１ｃ及び右端部１ｄの何れか一方又は両方が支持枠材５１に取り付けられる。本発明を適用したせん断パネル１は、図２（ｂ）に示すように、支持板材５２に左端部１ｃ及び右端部１ｄが取り付けられてもよく、図２（ｃ）に示すように、支持板材５２に左端部１ｃ及び右端部１ｄが取り付けられるとともに、さらに対向する支持板材５２に架設させて連結材５３が設けられていてもよい。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１に示すように、面外方向Ｙに突出して設けられる複数の山部２と、山部２に隣り合って設けられる複数の谷部３とを備える。本発明を適用したせん断パネル１は、左端部１ｃ及び右端部１ｄの谷部３において、複数のドリルねじ４が所定の間隔を空けて取り付けられることによって、支持枠材５１に縦向きに接合される。

本発明を適用したせん断パネル１は、これに限らず、上端部１ａ及び下端部１ｂにおいて、複数の谷部３の全部又は一部にドリルねじ４が取り付けられることによって、支持枠材５１に接合されてもよい。本発明を適用したせん断パネル１は、ボルト、ビス、鋲、リベット、接着、スポット溶接、連続溶接等によって、支持枠材５１に接合されてもよい。

本発明を適用したせん断パネル１は、支持部材５より建築物等の外側に取り付けられる場合に、建築物等の外側で面外方向Ｙに突出して山部２が設けられるものとなる。また、本発明を適用したせん断パネル１は、支持部材５より建築物等の内側に取り付けられる場合に、建築物等の内側で面外方向Ｙに突出して山部２が設けられるものとなる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図３に示すように、一の山部２と、一対の谷部３とを備えるものとしてもよい。本発明を適用したせん断パネル１は、略平板状の鋼板等を屈曲変形等させることによって、山部２と谷部３とが横方向に交互に形成されるものとして、縦方向に延びる山部２と谷部３とを備えるものとなる。

本発明を適用したせん断パネル１は、建築物等に地震荷重、風荷重等が作用して、支持枠材５１の左辺部５１ｃと右辺部５１ｄとが縦方向で互いに逆向きに移動することによって、支持枠材５１の左辺部５１ｃ及び右辺部５１ｄから面内方向Ｘのせん断力Ｔが作用する。

本発明を適用したせん断パネル１は、図４に示すように、支持枠材５１の左辺部５１ｃ及び右辺部５１ｄから面内方向Ｘのせん断力Ｔが作用して、山部２及び谷部３の軸方向Ｚで一対の谷部３が互いに逆向きに移動することによって、山部２の断面形状が変形するものとなる。

山部２は、図５に示すように、支持部材５より面外方向Ｙに離間させた位置で面外方向Ｙの外側に配置される上フランジ２１と、上フランジ２１から稜線部２２を形成して、面外方向Ｙの内側に延びるウェブ２３とを有する。谷部３は、山部２のウェブ２３から境界部３１を形成して、山部２の中央より反対側に向けて、面内方向Ｘで上フランジ２１の反対側に延びる下フランジ３２を有する。なお、稜線部２２及び境界部３１は、多少の湾曲を有するように形成されてもよい。

山部２は、面内方向Ｘの両端部に形成された稜線部２２から、上フランジ２１が略直線状に形成されるとともに、稜線部２２から谷部３の境界部３１まで、面内方向Ｘで上フランジ２１の中央側に向けて、ウェブ２３が略直線状に傾斜して形成されることによって、断面略逆台形状となるように形成されるものとなる。

ウェブ２３及び下フランジ３２は、ウェブ２３と下フランジ３２とによって形成される内角の角度θが、境界部３１で５０°以上、８５°以下となるものである。この角度θは、特に、５５°以上、７５°以下とすることが好ましい。

なお、ウェブ２３及び下フランジ３２は、略平板状の鋼板等を屈曲変形させるときに、厳密に観察すると境界部３１が湾曲して形成されることになるが、ウェブ２３と下フランジ３２との内角の角度θについて、ここでは、境界部３１の湾曲を捨象して設定するものとしている。ウェブ２３及び下フランジ３２は、変形初期の剛性及び耐力を確保するとともに、上フランジ２１の斜張力Ｄの要因となる皺状の面外変形を引き伸ばす方向の引延力Ｅが過剰に作用して不安定な崩壊挙動に遷移することを回避するために、ウェブ２３と下フランジ３２とによって形成される内角の角度θを、境界部３１で５０°以上とすることが望ましい。

上フランジ２１は、図６、図９に示すように、面外方向Ｙの外側又は内側に向けて屈曲又は湾曲させて形成されてもよい。また、ウェブ２３は、図７〜図９に示すように、面内方向Ｘで上フランジ２１の反対側又は中央側に向けて屈曲又は湾曲させて形成されてもよい。上フランジ２１及びウェブ２３は、山部２の中央から略対称形に形成されるものであるが、非対称形に形成されてもよい。

なお、上フランジ２１、ウェブ２３及び下フランジ３２は、図４、図５に示すように、面内方向Ｘのせん断力Ｔによる曲げ応力を専らウェブ２３が負担して、せん断応力を専ら上フランジ２１と下フランジ３２とが負担するものとなる。ここでは、建材分野の一般的な用法と若干相違するものとして、山部２及び谷部３の各要素の名称を設定するものとしている。

本発明を適用したせん断パネル１は、図４に示すように、支持枠材５１の左辺部５１ｃ及び右辺部５１ｄから面内方向Ｘのせん断力Ｔが作用して、軸方向Ｚの上端部１ａ及び下端部１ｂにおいて、各々の山部２が面内方向Ｘで互いに逆方向に倒れ込むように歪んで変形する。

本発明を適用したせん断パネル１は、図４（ａ）に示すように、支持枠材５１の左辺部５１ｃが下方向、支持枠材５１の右辺部５１ｄが上方向に変位して、上端部１ａの山部２が左方向、下端部１ｂの山部２が右方向に歪んで変形する。本発明を適用したせん断パネル１は、支持枠材５１の左辺部５１ｃが上方向、支持枠材５１の右辺部５１ｄが下方向に変位して、上端部１ａの山部２が右方向、下端部１ｂの山部２が左方向に歪んで変形する。

本発明を適用したせん断パネル１は、図４（ｂ）に示すように、山部２が面内方向Ｘで倒れ込むように歪んで変形することで、山部２が軸方向Ｚと略直交方向に幾何学的に変形するものとなる。本発明を適用したせん断パネル１は、図４（ａ）に示すように、特に、軸方向Ｚの上端部１ａ及び下端部１ｂにおいて、この山部２の幾何学的変形が大きくなる傾向にある。

本発明を適用したせん断パネル１は、図４（ｂ）に示すように、面内方向Ｘのせん断力Ｔが作用した場合に、山部２が幾何学的に変形することによって、上フランジ２１及びウェブ２３に二次的な曲げ変形が発生するものとなり、上フランジ２１とウェブ２３との境界で稜線部２２にも曲げ変形が発生する。本発明を適用したせん断パネル１は、軸方向Ｚの上端部１ａ及び下端部１ｂにおいて、各々の山部２が左右方向に幾何学的変形を引き起こすことで、鋼材等の稜線部２２周辺が弾性域から塑性域に遷移するものとなる。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、山部２に左右方向の幾何学的変形を引き起こして、稜線部２２周辺を塑性化させながら、建築物等に作用する地震荷重等のエネルギーを、弾塑性的に吸収させることができるものとなる。

なお、本発明を適用したせん断パネル１は、谷部３と支持枠材５１とを接合させる部位が、せん断パネル１全体より先行して降伏しないものとなるように、ドリルねじ４の数量や外径等が設計される。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、谷部３と支持枠材５１とを接合させる部位が、局所破壊を引き起こさないものとなるように設計されて、スリップ性状を発現することが回避されることで、安定した履歴性状を実現することができるものとなる。

ここで、本発明を適用したせん断パネル１は、稜線部２２周辺を塑性化させながら、支持枠材５１から谷部３に作用する面内方向Ｘのせん断力Ｔに対してエネルギー吸収させるものとなるが、他方で、稜線部２２周辺が塑性化に伴い加工硬化して山部２の耐力上昇が引き起こされるものとなる。

本発明を適用したせん断パネル１は、支持枠材５１から谷部３に面内方向Ｘのせん断力Ｔが作用することによって、山部２が歪んで変形することで幾何学的変形を引き起こすときの山部２の耐力上昇を抑制するものである。本発明を適用したせん断パネル１は、図１０に示すように、山部２の耐力上昇を抑制するものとして、ウェブ２３の一部又は全部が、稜線部２２から下フランジ３２に向けて延びる垂線Ｐよりも、面内方向Ｘで上フランジ２１の中央側に配置される。

なお、本発明を適用したせん断パネル１は、図８（ｆ）に示すように、ウェブ２３の少なくとも一部が、稜線部２２と境界部３１とを面外方向Ｙに離間させた距離の略半分となる位置における略中央部Ｃより面外方向Ｙの内側で、稜線部２２から下フランジ３２に向けて延びる垂線Ｐよりも、面内方向Ｘで上フランジ２１の中央側に配置されてもよい。このとき、境界部３１は、稜線部２２から延びる垂線Ｐよりも、図７（ｆ）、図８（ｆ）に示すように、面内方向Ｘで上フランジ２１の反対側に配置されてもよく、また、図１０に示すように、面内方向Ｘで上フランジ２１の中央側に配置されてもよい。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１０（ａ）に示すように、ウェブ２３の少なくとも一部が、稜線部２２から下フランジ３２に向けて延びる垂線Ｐよりも、面内方向Ｘで上フランジ２１の中央側に配置される。本発明を適用したせん断パネル１は、図１０（ｂ）に示すように、山部２が幾何学的変形を引き起こすときに、一方のウェブ２３が面外方向Ｙの内側に向けて倒れ込むとともに、他方のウェブ２３が面外方向Ｙの外側に向けて起き上がり、上フランジ２１が傾斜変形等するものとなる。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、図１２に示すように、山部２の幾何学的変形が増大して、山部２の耐力上昇が低下するものとなることから、稜線部２２周辺の塑性化に伴って生じる加工硬化による耐力上昇にかかわらず、全体として山部２の耐力上昇が抑制される。

これに対して、従来の折板パネル９は、図１１（ａ）に示すように、断面矩形状の折板山部９１と折板谷部９２とが設けられる。折板山部９１は、矩形上辺部９３と矩形両側辺部９４とを直交させて形成される。折板谷部９２は、矩形両側辺部９４と谷下辺部９５とを直交させて形成される。従来の折板パネル９は、図１１（ｂ）に示すように、折板山部９１が歪んで変形するときに、矩形両側辺部９４が同方向に倒れ込むものとなり、矩形上辺部９３が傾斜しないものとなる。このとき、従来の折板パネル９は、図１２に示すように、折板山部９１の幾何学的変形が小さいものであるため、折板山部９１の耐力上昇を十分に低下させることができないものとなり、全体として折板山部９１の耐力上昇が抑制されないものとなる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１０に示すように、ウェブ２３と下フランジ３２とによって形成される内角の角度θを、境界部３１で５０°以上とすることで、山部２の展開長さが小さいものとなり、面内方向Ｘのせん断力Ｔが作用する初期状態の剛性及び耐力の低下を抑制して、従来の折板パネル９と同等の変形初期性能を確保することが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１３に示すように、下フランジ３２が支持枠材５１に対して浮き上がらないようにして、山部２に幾何学的変形を引き起こさせる。本発明を適用したせん断パネル１は、これに限らず、下フランジ３２が支持枠材５１に対して多少浮き上がるようにして、山部２に幾何学的変形を引き起こさせるものであってもよい。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１３（ａ）に示すように、山部２が幾何学的変形を引き起こすときに、ウェブ２３に作用する引張力Ｆが面外方向Ｙの外側に向けて作用するものとなる。このとき、本発明を適用したせん断パネル１は、下フランジ３２に伝達される引張力Ｆの分力Ｆ１が小さいものとなることから、下フランジ３２から支持枠材５１に作用する張力が低下して、見かけ上の山部２の耐力上昇も抑制されるものとなる。

これに対して、従来の折板パネル９は、図１３（ｂ）に示すように、折板山部９１が幾何学的変形を引き起こすときに、矩形両側辺部９４の一方に作用する引張力Ｆが面内方向Ｘで折板山部９１の中央側に向けて作用するものとなる。このとき、従来の折板パネル９は、谷下辺部９５に伝達される引張力Ｆの分力Ｆ２が大きいものとなることから、谷下辺部９５から支持枠材５１に作用する張力が増大して、見かけ上の折板山部９１の耐力上昇が抑制されないものとなる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１０に示すように、山部２の耐力上昇を抑制するものとして、稜線部２２から下フランジ３２に向けて延びる垂線Ｐよりも、面内方向Ｘで上フランジ２１の中央側に、ウェブ２３に形成された境界部３１が配置される。このとき、本発明を適用したせん断パネル１は、ウェブ２３と下フランジ３２とによって形成される内角の角度θが、９０°未満の鋭角となるものである。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１３（ａ）に示すように、山部２が幾何学的変形を引き起こすときに上フランジ２１が傾斜変形して、一方の稜線部２２が面外方向Ｙの内側に向けて移動するとともに、他方の稜線部２２が面外方向Ｙの外側に向けて移動する。このとき、本発明を適用したせん断パネル１は、図１４（ａ）に示すように、軸方向Ｚの上端部１ａ及び下端部１ｂで、面外方向Ｙの外側に向けて移動する稜線部２２を結んだ対角線上に斜張力Ｄが作用するものとなるとともに、面外方向Ｙの内側に向けて移動する稜線部２２を結んだ対角線上で、斜張力Ｄが生じる要因となる皺状の面外変形を引き伸ばす方向に引延力Ｅが作用する。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、斜張力Ｄの要因となる皺状の面外変形を引き伸ばす方向に引延力Ｅが作用することで、斜張力Ｄによる上フランジ２１の斜張力場の形成、進展が遅延するものとなることから、見かけ上の山部２の耐力上昇が抑制されるものとなる。

ただし、引延力Ｅの作用は、内角の角度θが小さくなるほど大きくなり、上フランジ２１を面外方向Ｙの外側に湾曲させるような異なる崩壊機構が誘起されることで、耐力劣化が生じるおそれがある。このため、本発明を適用したせん断パネル１では、内角の角度θを５０°以上とすることで、引延力Ｅを過剰に作用させないものとして、上フランジ２１が面外方向Ｙの外側に湾曲することを防ぎ、耐力劣化等の不安定挙動を回避しつつ、大変形時の耐力上昇を抑制することができるものとなる。

これに対して、従来の折板パネル９は、図１３（ｂ）に示すように、折板山部９１が幾何学的変形を引き起こすときに、矩形上辺部９３が傾斜しないものとなる。このとき、従来の折板パネル９は、図１４（ｂ）に示すように、面内方向Ｘの対角線上に作用する斜張力Ｄの要因となる皺状の面外変形を引き伸ばす方向に力が作用しないものとなる。これにより、従来の折板パネル９は、斜張力Ｄの要因となる皺状の面外変形を引き伸ばす方向に力が作用しないものとなることから、斜張力場の形成、進展を遅延されないものとなり、見かけ上の折板山部９１の耐力上昇が抑制されないものとなる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１５に示すように、上フランジ２１が所定の形状となるように設定されることによって、上フランジ２１の強度が、下記（１）式により規定される関係を満足するものとなる。

ここで、τｙ：上フランジ２１がせん断降伏するときの強度、τｅ：上フランジ２１が弾性せん断座屈するときの強度とする。

τｙ及びτｅは、図１５に示すように、上フランジ２１及びウェブ２３が略直線状に形成される場合に、下記（２）〜（５）式により略算することができる。

上記（２）〜（５）式においては、ｂ：せん断パネル１の軸方向Ｚの長さ（ｍｍ）、ｔ：せん断パネル１の板厚（ｍｍ）、ｆ：上フランジ２１の断面方向幅（ｍｍ）、Ｆ：せん断パネル１の材料降伏強度（Ｎ／ｍｍ²）、Ｅ：せん断パネル１の材料ヤング率（Ｎ／ｍｍ²）、ν：せん断パネル１の材料ポアソン比とする。

板要素において、弾性座屈強度に対する材料の降伏強度の比の平方根は、座屈等の不安定挙動のしやすさを示す指標であり、一般化幅厚比と呼ばれる。一般化幅厚比は、板厚ｔに対する上フランジ２１の断面方向幅ｆの比として表現される幅厚比（ｆ／ｔ）と工学的に同じ概念に基づいている。すなわち、一般化幅厚比の値が大きくなることは、上フランジ２１の断面方向幅ｆに対して板厚ｔが薄くなることと等価であり、座屈等の不安定挙動が生じ易くなることを意味している。

一般化幅厚比√（τｙ／τｅ）は、７．０より大きい場合に、図１６（ａ）に示すように、変形初期に上フランジ２１の不安定挙動（座屈等）によってせん断パネル１が崩壊することから、山部２の幾何学的変形を実現することができないため、安定的なエネルギー吸収が困難となる。一般化幅厚比√（τｙ／τｅ）は、１．０より小さい場合に、図１６（ｂ）に示すように、上フランジ２１の面外変形を伴う山部２の幾何学的変形が誘起されにくくなり、本発明において想定している変形挙動及び耐力特性とは異なる性状を示すため、本発明の効果が小さくなる。本発明を適用したせん断パネル１は、図１６（ｃ）に示すように、上フランジ２１の強度が、上記（１）式により規定される関係を満足するように、上フランジ２１の幅厚比（ｆ／ｔ）等の形状が設定される。このとき、本発明を適用したせん断パネル１は、山部２を幾何学的変形させてから、上フランジ２１に面外変形が生じることで、せん断パネル１全体が終局状態に至る前に、山部端部での局所的な張力の発生、斜張力Ｄによる上フランジ２１の斜張力場の形成、進展を遅延させた状態を実現して、見かけ上の山部２の耐力上昇を効果的に抑制させることができるものとなる。なお、τｙ及びτｅは、上記（２）〜（５）式から略算することができるほか、数値解析又は構造試験によって、より精緻に求めることもできる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１０に示すように、左右方向に倒れ込むように歪む幾何学的変形を山部２に引き起こして、稜線部２２周辺を塑性化させることによって、支持部材５から作用する面内方向Ｘのせん断力Ｔに対してエネルギー吸収させることが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、山部２に幾何学的変形を引き起こして、稜線部２２周辺を積極的に塑性化させることによって、板厚の薄い鋼板が用いられた場合であっても、スリップ性状を抑制した履歴性状及び安定したエネルギー吸収性能を実現することが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１７に示すように、単位体積あたりの耐力上昇抑制効果（従来の折板パネル９の単位体積あたりの耐力上昇率に対する、本発明を適用したせん断パネル１の単位体積あたりの耐力上昇率の比率の逆数）を縦軸として、ウェブ２３と下フランジ３２とによって形成される内角の角度θを横軸として表すと、内角の角度θを小さくすることで、せん断パネル１の耐力上昇がより抑制されたものとなることがわかる。ここで、耐力上昇率は、図１７において、せん断パネル１のせん断変形角が１／５０ｒａｄ．となるときの耐力を、１／４００ｒａｄ．時点の耐力で除した値としている。

本発明を適用したせん断パネル１は、例えば、内角の角度θ＝６０°とした場合に、図１８に示すように、単位体積あたりの耐力上昇抑制効果と一般化幅厚比√（τｙ／τｅ）との関係が表される。ここで、実施例１は、上フランジ２１の断面方向幅ｆを一定のものとするとともに、板厚ｔを変数とすることで、一般化幅厚比√（τｙ／τｅ）を変化させたものであり、実施例２は、板厚ｔを一定のものとするとともに、上フランジ２１の断面方向幅ｆを変数とすることで、一般化幅厚比√（τｙ／τｅ）を変化させたものである。一般化幅厚比√（τｙ／τｅ）は、上記（１）式により規定される関係を満足することで、１．０より小さい範囲（図１６（ｂ）に相当）や、７．０より大きい範囲（図１６（ａ）に相当）を除いて、１．０以上、７．０以下となる範囲（図１６（ｃ）に相当）で、単位体積あたりの耐力上昇抑制効果が１．００を超えるものとなり、見かけ上の山部２の耐力上昇を効果的に抑制させることができることがわかる。

本発明を適用したせん断パネル１は、稜線部２２周辺の塑性化に伴って生じる加工硬化が促進された場合であっても、図１０に示すように、上フランジ２１が傾斜変形等することによって、山部２の幾何学的変形を増大させることができる。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、山部２の幾何学的変形を増大させて、全体として山部２の耐力上昇が抑制されるため、図１７に示すように、せん断パネル１が全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、山部２の幾何学的変形を増大させた場合であっても、図１３に示すように、下フランジ３２に伝達される引張力Ｆの分力Ｆ１を小さいものとして、下フランジ３２から支持部材５に作用する張力を低下することができる。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、下フランジ３２から支持部材５に作用する張力を低下させて、見かけ上の山部２の耐力上昇が抑制されるため、図１７に示すように、せん断パネル１が全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、山部２の幾何学的変形を増大させた場合であっても、図１４に示すように、斜張力Ｄを打ち消す方向に引延力Ｅが作用することで、上フランジ２１の斜張力場の形成、進展を遅延させることができる。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、上フランジ２１の斜張力場の形成、進展を遅延させて、見かけ上の山部２の耐力上昇が抑制されるため、図１７に示すように、せん断パネル１が全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図１８に示すように、上フランジ２１の強度が、上記（１）式により規定される関係を満足するように、上フランジ２１の幅厚比等の形状が設定される。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、斜張力Ｄによる上フランジ２１の斜張力場の形成、進展を遅延させた状態を実現して、見かけ上の山部２の耐力上昇を効果的に抑制させることができるため、せん断パネル１が全体として必要以上に耐力上昇することを回避することが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、図４に示すように、せん断パネル１が必要以上に耐力上昇することを回避して、下フランジ３２が接合される支持部材５の耐力、剛性を向上させることを必要としないものとすることができる。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、スリップ性状を抑制した履歴性状及び安定したエネルギー吸収性能を実現すると同時に、大変形時の耐力上昇抑制という課題を克服して、支持部材５の構造設計を単純化させるとともに、せん断パネル１や支持部材５の板厚増加や重量増加を抑制することが可能となる。

本発明を適用したせん断パネル１は、断面略逆台形状となるように山部２が形成されることで、山部２の断面形状を単純なものとして、鋼板等を屈曲変形させるときの加工を容易にすることができる。本発明を適用したせん断パネル１は、ウェブ２３と下フランジ３２とによって形成される内角の角度θを、境界部３１で５０°以上として、変形初期の剛性及び耐力を確保するとともに、上フランジ２１の斜張力Ｄの要因となる皺状の面外変形を引き伸ばす方向の引延力Ｅが過剰に作用して不安定な崩壊挙動に遷移することを回避することができる。これにより、本発明を適用したせん断パネル１は、せん断パネル１の変形初期における構造性能と、大変形時における耐力劣化及び耐力上昇の抑制とを両立させることが可能となる。

なお、本発明を適用したせん断パネル１は、谷部３と支持枠材５１とを接合させる部位が、局所破壊を引き起こさないものとなるように設計されることで、スリップ性状を抑制した履歴性状を実現して、安定したエネルギー吸収性能を実現することが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、本発明を適用したせん断パネル１は、山部２と谷部３とを縦方向に交互に形成するものとして、横方向に延びる谷部３にドリルねじ４が所定の間隔を空けて取り付けられること等によって、支持枠材５１の上辺部５１ａ及び下辺部５１ｂ等に横向きに接合されてもよい。

１ ：せん断パネル
１ａ ：上端部
１ｂ ：下端部
１ｃ ：左端部
１ｄ ：右端部
２ ：山部
２１ ：上フランジ
２２ ：稜線部
２３ ：ウェブ
３ ：谷部
３１ ：境界部
３２ ：下フランジ
４ ：ドリルねじ
５ ：支持部材
５１ ：支持枠材
５１ａ ：上辺部
５１ｂ ：下辺部
５１ｃ ：左辺部
５１ｄ ：右辺部
５２ ：支持板材
５３ ：連結材
９ ：従来の折板パネル
９１ ：折板山部
９２ ：折板谷部
９３ ：矩形上辺部
９４ ：矩形両側辺部
９５ ：谷下辺部
Ｐ ：垂線
Ｄ ：斜張力
Ｅ ：引延力
Ｆ ：引張力
Ｔ ：せん断力
Ｘ ：面内方向
Ｙ ：面外方向
Ｚ ：軸方向

Claims (6)

1. 支持部材に取り付けられてせん断力が作用するせん断パネルであって、
   面外方向に突出して設けられる一又は複数の山部と、前記山部に隣り合って設けられる谷部とを備え、
   前記山部は、面外方向の外側に配置される上フランジと、前記上フランジから稜線部を形成して面外方向の内側に延びるウェブとを有し、
   前記谷部は、前記ウェブから境界部を形成して面内方向で前記上フランジの反対側に延びる下フランジを有し、
   前記ウェブの少なくとも一部は、前記稜線部から前記下フランジに向けて延びる垂線よりも、面内方向で前記上フランジの中央側に配置されること
   を特徴とするせん断パネル。
2. 前記ウェブの少なくとも一部は、前記稜線部と前記境界部とを面外方向に離間させた距離の略半分となる位置における略中央部より面外方向の内側で、前記稜線部から前記下フランジに向けて延びる垂線よりも、面内方向で前記上フランジの中央側に配置されること
   を特徴とする請求項１記載のせん断パネル。
3. 前記境界部は、前記稜線部から前記下フランジに向けて延びる垂線よりも、面内方向で前記上フランジの中央側に配置されること
   を特徴とする請求項１又は２記載のせん断パネル。
4. 前記上フランジは、前記上フランジの強度が、下記（１）式により規定される関係を満足すること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のせん断パネル。
   

   

   ここで、τｙ：前記上フランジがせん断降伏するときの強度、τｅ：前記上フランジが弾性せん断座屈するときの強度とする。
5. 前記山部は、前記稜線部から略直線状に形成される前記上フランジと、前記稜線部から前記境界部まで略直線状に傾斜して形成される前記ウェブとによって、断面略逆台形状となるように形成されること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のせん断パネル。
6. 前記ウェブ及び前記下フランジは、前記ウェブと前記下フランジとによって形成される内角の角度が、前記境界部で５０°以上、８５°以下となるものであること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載のせん断パネル。

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